毕业论文-光电鼠标的计算机辅助设计和制造

理工大学 毕业设计说明书 (论文 ) 作 者 : 王通再 学 号： 0801010325 学院 (系 ): 机械工程学院 专 业 : 机械工程及自动化 题 目 : 光电鼠标的计算机辅助设计和制造 指导者： 副教授 评阅者： 2012 年 6 月 毕业设计说明书（论文）中文摘要 随着机械自动化 水平 的高速发展，三维造型 技术广泛 的应用于各个领域。本文介绍了光电鼠标外壳的结构设计，首先介绍了光电鼠标的工作原理以及鼠标的发展历史，接着阐述 件在三维造型中的特点，分析如何运用成三维造型设计。 然后通过对鼠标结构的分析，提出一套完整的鼠标结构设计方案。通过运用 件完成鼠标的曲面建模，零件装配，模具设计以及数控加工仿真。 本次毕业设计，综合运用了大学期间的各方面知识，全面了解了三维造型技术在机械设计中的贡献，熟练运用 件的各方面功能。 关键词 三维造型 光电鼠标 结构设计 毕业设计说明书（论文）外文摘要 of of 3D is in of of of is D of to to a 3D is of is of of C by of in of of D in of in 3D 本科毕业设计说明书（论文） 第 I 页 共 页 目 录 1 绪论 . 1 鼠标的现状和发展历史 . 1 光电鼠标的工作原理 . 2 光电鼠标的结构 . 3 三维造型在鼠标设计中的应用 . 5 本章小结 . 7 2 鼠标设计方案 . 8 鼠标设计要素分析 . 8 确定鼠标的最优设计方案 . 11 本章小结 . 15 3 鼠标的三维造型和装配 . 16 鼠标雏形建模 . 17 鼠标上盖按键建模 . 19 鼠标上盖建模 . 21 鼠标底盖建模 . 24 鼠标手轮建模 . 26 鼠标手轮轴建模 . 27 鼠标的装配及爆炸图 . 27 鼠标的渲染 . 28 本章小结 . 29 4 鼠标底盖的加工程序设计 . 30 塑料注射模的设计步骤 . 30 分型面方案的确定 . 31 鼠标底盖凸凹模的设计步骤 . 32 鼠标底盖凹模的数控程序 . 34 本章小结 . 36 5 鼠标零件工程 图 . 37 鼠标手轮轴工程图 . 37 鼠标手轮工程图 . 37 鼠标上盖按键工程图 . 38 鼠标上盖工程图 . 39 鼠标底盖工程图 . 40 本科毕业设计说明书（论文） 第 共 页 鼠标装配工程图 . 40 本章小结 . 41 结束语 . 43 致 谢 . 44 参 考 文 献 . 42 本科毕业设计说明书（论文） 第 1 页 共 44 页 1 绪论 随着科学技术的快速发展，人类的沟通方式从以前的书信 过渡到 现在的互联网时代。在商业竞争日益激烈的今天，很多商家把信息技术和互联网看成是同客户沟通的方式和扩大客户圈的技术平台 1。通过互联网还可以将商家的产品推销出去。信息技术水平的成熟，促进了人与人之间的交流与沟通，加快了经济的发展以及社会的进步。因此，互联网成为当今社会必不可少的一个平台。电脑的普及将互联网时代推上了另一个高度，随之而来的是 业的快速发展。电脑诞生到今天已经走过了 66 个岁月， 新颖、时尚且功能强大的计算机产品日见增多。随着 代的来临，计算机也走进了千家万户，人们对计算机的外观和功能也有了更高的要求。计算机的设计理念面临着创新和改革的挑战，这也促进了舒适化和人性化产品的诞生。 鼠标的现状和发展历史 随着计算机时代的来临，计算机的产品种类也日见增多。鼠标是信息技术社会中，使用最频繁的设备之一。 鼠标作为电子计算机的输入设备随着计算机技术一同发展着，统的 普及 更进一步推广了鼠标的应用， 在大多数人的眼里，主机，显示器 ，鼠标，键盘是电脑配置中必不可少的配 件。 鼠标发展到今天，已经有 40 多个年头。在 40 多年的创新与改革中，鼠标的种类和性能也经历着翻天覆地的变化。 1968 年诞生了世界上第一个鼠标，一个木质的小盒子，盒子下面有两个垂直的滚轮，每个滚轮带动一个机械变阻器来控制 X、 Y 的位移，在盒子上面有一个按钮开关提供连通信号。由于只拥有一个按钮，外形方正，拖着一条长长的连线，像及老鼠，也正因此，被形象的冠以鼠标之名。这款鼠标需要接通电源才能工作，因此与现在的鼠标在外形上相比有很大的不同 2。由于当时的科学技术有限，第一款鼠标在造价方面十分昂贵，因此在当时的社会很 难被普及。随着技术的发展和市场的需求，直到 1984年，苹 果公司的 脑，由于造价较第一台鼠标已有很大幅度的降低，因此，鼠标成为了电脑密不可分的朋友，鼠标的普及，也极力地推动了鼠标外形的发展。当年苹果推出的 样棱角分明，拥有一个按键。到 1999 年，安捷轮公司推出一款具有历史意义的光学传感器，通过光学传感器原理，准确定位 X、 Y 的位移，从而使得鼠标的定位变得更加准确。那个时候，才真正意义上有光学鼠标这项新的科学技术 3。在机械和光电之间，存在一个过渡的综 合产品叫光机鼠标。光机鼠标使用滚球带动两个转盘，通过转盘上的发光二极管来获得移动信号。这一款鼠标统治了鼠标市场长达 20 年之 本科毕业设计说明书（论文） 第 2 页 共 44 页 久，大部分人在 21 世纪初期使用的鼠标，就叫光机鼠标。到了 2004 年，罗技公司发布了一款激光无线鼠标，这款鼠标在外形上的设计更具有里程碑的意义，从此“老鼠”摆脱了尾巴，揭开了鼠标进入激光无线时代的序幕。 目前，鼠标的造型发展已呈百家争鸣的局势。例如苹果的 仅取消了唯一的按键，流水线的造型，仿烤瓷的外壳材质，受到爱好者的极力推荐。以及 那伽梵蛇鼠标，提供了多达 12 个侧键，给人强烈的视觉冲击。说到人体工程学设计的经典莫过于罗技的银貂，扭曲的机身，倾斜的按键以及两侧的防滑橡胶设计，使鼠标不仅在视觉上带来独特的感觉，另外厚重的鼠标底盖更贴合人体工艺学。这样的设计理念，使得各大鼠标生产商竞相模仿。 鼠标作为计算机系统中，最常见也是最普遍的输入设备。经历 40 年的发展与积累，鼠标走过了机械时代，传统光学时代，来到了时下的激光无线时代。虽然鼠标的更新换代速度远没有计算机产品和通信设备技术来得快，但是冰冻三尺非一日之寒，鼠标厚积薄发的“进化”速度在最近的几年鼠标市场上体现得淋漓尽 致。如何让鼠标更贴近用户，成为当下鼠标设计者最热门的话题。 光电鼠标的工作原理 在计算机时代的今天，鼠标的样式齐全，品种繁多。鼠标的分类方式有很多种。按鼠标的按键数量，可以分为单键鼠标，双键鼠标，三键滚轮鼠标；按鼠标的接口形式，可以分为串行接口设计（梯形 9 针接口）， 接口（小圆形接口）， 口，红外线接口；按鼠标的内部构造，可以分为机械式鼠标，光电机械式鼠标，光电式鼠标，光学鼠标。另外按使用人群分可以分为儿童鼠标，游戏鼠标等等。随着计算机的普及，鼠标的分类方式也变得更加丰富。 作为鼠标市 场关注度最高的光电鼠标，一直受到消费者的青睐。光电鼠标通过检测鼠标的位移，并且将位移信号转换为电脉冲信号，再通过程序处理来控制光标在计算机屏幕上的移动。光电鼠标将传统鼠标的滚球利用光电传感器来代替。光电鼠标利用一块特质的反光板作为鼠标移动时的垫，这块垫板有一黑一白的点，当发光二极管照射在黑点与白点之间时，会折射出两种不同的状态，这时两个相互垂直的光敏管对两种状态的信号进行分析产生相应的处理信号，使计算机做出反应。因此，一旦没有那块垫板，光电鼠标就不能工作。 光电鼠标是利用鼠标内部的一个发光二极管，通过二极管发 光照 亮鼠标底部的接触面（这就是光电鼠标底部发亮的原因），同时接触面会反射回一部分光线，反射光通过一组光学透镜在一个 感器内成像 4。当鼠标移动的时候，移动轨迹便被记录为一组高速拍摄的连贯图像，经过鼠标内部一块专用的 像分析芯片，对移动轨迹上提 本科毕业设计说明书（论文） 第 3 页 共 44 页 取的一系列图像进行分析处理，通过对这些图像上特征点位置的变化进行分析，来判断鼠标的移动方向和距离，从而完成光标的定位 5。这就是光电鼠标的工作原理，如图 示。 图 光电鼠标电路原理图 一款设计优良的鼠标除了有精致的外观以外，还需要有很 高的光电感应度。所谓光电感应度是指鼠标的精度和分辨率，同时也是用户选择鼠标时的主要依据。单位为 者 定义是光电鼠标在移动过程中，每移动一英寸能够准确定位的最大信息数。这个参数值的大小也直接反应了鼠标使用性能的优劣。但是光电感应度的数值也不能过高，因为目前市场上大多数鼠标使用的 接口的数据传输能力有限，过高的 此，在选取鼠标的时候应该合理地选择 值 6。 光电鼠标的结构 鼠标的结构可以分为外部结构和内部结构。鼠标的外部结构主要包括 上盖 、 上盖按键 、底盖 、 滚轮等零件。上盖即为与我们手掌直接接触的部分；上盖按键就是鼠标的左右两个键，所以上盖和上盖按键的设计直接影响使用者的把持手感和按键手感。底盖主要指的是鼠标的底面，其中最重要的就是鼠标的垫脚。鼠标垫脚是支撑鼠标并为鼠标移动提供润滑的塑料片。垫脚的材质应该选用耐磨性好的材料，这样避免鼠标在移动过程中磨损，从而提高鼠标的整体寿命。滚轮也是鼠标外部结构中重要的组成部分，微软公司在 1996 年发明的滚轮按键，对鼠标外形的发展起着不可磨灭的作用，时至今日，滚轮按键一直是鼠标发展史上至关重要的一项发明 。随着鼠标的普及，鼠标滚轮的样式也变得多种多样。常见 本科毕业设计说明书（论文） 第 4 页 共 44 页 的有机械式滚轮和光电式滚轮两种。鼠标的外部结构 如图 示。 图 鼠标外部结构图 光电鼠标的内部结构主要包括：光学感应器、光电鼠标的控制芯片、光学透镜组件、发光二极管等零件 7。光学感应器是光电鼠标的技术核心，目前能够生产光学感应器的厂家只有罗技、安捷伦和微软三家公司。光电鼠标的控制芯片用来控制光电鼠标中各元器件的工作，对电路的信号进行收取和传送并对外部电路进行桥接和沟通。光学透镜由一个棱光镜和一个圆形透镜组成，放在光电鼠标的底部位置，其作 用是将鼠标底部的图像传送到光学感应器的小孔中，使感应器能够进行工作。发光二极管产生了光电鼠标工作时所需要的光源，因此它是鼠标内部结构中必不可少的一个元件。 鼠标的内部结构 如图 示。 图 鼠标内部结构图 本科毕业设计说明书（论文） 第 5 页 共 44 页 三维造型在鼠标设计中的应用 如果用传统手绘方法 对光电鼠标进行设计时，由于参数太多，曲面复杂，绘图繁琐，不仅设计效率低，而且容易出现错误。计算机辅助设计技术从诞生至今经过了近 40 年的发展历程 , 经过不断的探索与创新，各方面技术已日趋成熟和完美 , 在工业生产上得到了广泛的应用 , 对传统产 业的信息化改造起到了至关重要的作用 8。 计算机辅助设计和制造在光电鼠标中的应用 早期三维 术 主要是由点 、 线集合方法构成的线框系统，这种方法虽然符合人们的思维习惯，但是应用于一些复杂的曲面设计，尤其是早期的三维 术，只能表达基本的几何信息，使用时具有很大的局限性，往往不能满足用户的使用需求 9。 在信息数据化快速发展的今天， 术的主流 已经由早期的点 、 线集合系统发展成 点 、 线 、面集合系统，新的三维造型技术比传统的二维设计有无可比拟的优越性 10。从计算机辅助设计技术的发展来看 ， 维造型技术经历了线框造型 、 曲面造型 、 实体造型 、 参数化造型及变量化造型技术五个过程。三维造型技术可以利用 计算机提供一个模拟的三维空间，用户可以直接地在这三维空间里构建零件的模型，表达自己的设计意图。 与普通的二维造型技术相比，具有效率高，设计更准确，更全面的优点。 运用三维软件对鼠标进行设计，能够更直观形象。因此，三维 术已成为 用发展的必然趋势。 将 算机辅助设计） /算 机辅助制造）技术相结合，可以不用借助图纸等媒介工具就能将设计结果发送到生产单位，避免了很多人为因素造成不必要的麻烦 11。 一套完整的 算机辅助设计） /算机辅助制造）系统由 多个功能模块组成的，例如图形编辑、三维绘图、曲面造型、数控加工、仿真模拟、有限元分析、动态显示等 12。 件在光电鼠标中的应用 达索系统（ 司下的子公司 出的一款计算机辅助设计工具，它是第一个在 统中开发出来的 3D 模型建模系统，强大的建模功能可以使设计师轻松完成绘图设计工具；其所向披靡的兼容性，可 以确保与其他 件协同工作 13。 件具有功能强大，操作简单，技术创新等优点，使其迅速成为三维机械设计软件中的主流软件，已经成功地应用于机械设计、机械制造、模具加工、 品的开发研究、汽车工业和产品外观设计等方面 14。 件将各个专业领域的全球 顶尖产品连接在一起 ,具备完善的实体建模功能 ,可快速准确生成完 本科毕业设计说明书（论文） 第 6 页 共 44 页 整的工程图纸 ,还可以进行模具制造及计算机辅助工程分析、动态仿真、虚拟装配等一些其他 件无法完成的工作。 统为产品设计师和产品工程师提供了一套完整高效的计算机辅助设计软件。该软件可协助各产品制造业提高设计效率，以最短的时间完成产品的设计研发，为企业的先进化高效化生产推波助澜。 过多年的发展，在软件的功能不断创新和完善的过程中，必将引领未来的计算机辅助设计产业快速前进。 光电鼠标在设计过程中可以运用 件完成鼠标的曲面建模，零件装配，模具设计，数控加工等一系列复杂的工艺过程。利用 以使繁琐的鼠标造型设计变得简单明了。 型的三维实体的专业设计软件，强大的三维建模、工程图样绘制、动画制作和模型渲染等功能，能方便与快捷地进行三维实体造型，并可由三维实体模型直接生成二维投影图和工程图样，实现三维立体图到平面图形的随时转换，并能实时方便地修改、上色渲染图形 15。 在机械设计中，大多数零部件并不是由单一零件组成，而是由许多零件组合而成，比如螺栓与螺母紧固件、栓 塞泵、减速器、轴承等。在 可以生成由许多零部件组成的复杂装配体。装配体也称为组合件，是指将多个零部件组合在一起成为一个装配体或新的零部件。装配体的零件可以包括单一的零件和其他装配体。 零件的装配是指将已经存在系统内部的零件调入到装配体中，接着对调入的零件进行位置控制、形状编辑或参数编辑等操作，从而达到装配零件的设计要求，在零部件的装配过程中有一定的设计方法，并能够从装配体的设计树中清晰地观测到零部件的装配顺序、名称和配合关系。 在设计装配体时，有两种设计方法：自下而上设计和自上而下设计。 这两种设计方法各有不同的特点，在设计时，根据零件自身的特点，选择合适的设计方法完成装配。 自下而上设计的特点是： （ 1）由于零部件是独立设计的，它们的相互关系及重建行为更为简单。 （ 2）使用自下而上设计方法可以使设计人员专注与单个零件的设计工作。 （ 3）当不需要相对于其它零件建立控制零件大小和尺寸的参考关系时，自下而上的设计方法较为实用。 自上而下设计的特点是： （ 1）在关联装配体中生成和编辑零部件，可以使用一个零部件的几何特征帮助定义另一个零部件。 本科毕业设计说明书（论文） 第 7 页 共 44 页 （ 2）以布局草图作为设计的开始，来定义固定的零部件位置、 基准面等。 （ 3）只能在组装零部件后添加、生成切除或孔特征，因为这些装配体特征只存在于关联装配体中。 自下而上设计和自上而下设计两种设计方法各有各的特点，因此，在设计时选择最合适的装配方法完成零件的装配。 仅能实现鼠标的三维造型和零件装配，还能通过 件完成产品的数控加工。 一款基于直观的实体模型的 件， 定的加工 /件黄金产品， 为 计软件 用户 提供了先进的加工功能。 为 一款 加工设计 软件，提供了真正的基于知识的加工能力。 自动可加工特征识别 (以及交互特征识别 (面处于国际领先地位。 供了真正跟随设计模型变化的加工自动关联， 避免 了设计更新后重新进行编程上 带来的不必要麻烦，为设计者节约了时间，提高了工作效率。 采用 工树和命令，保持 钮点击的风格，刀具轨迹的生成无须离开 环境。 因此，随着 件的普及， 为数控加工中 必不可少的插件，在 件应用中扮演越来越重要的地位。 本章小结 本章先介绍鼠标的现状和发展历史，进而引出鼠标的结构和工作原理。通过介绍件在三维造型、零件装配、模具设计和数控加工等方面在鼠标造型中的应用，引出本次毕业设计的课题。 本科毕业设计说明书（论文） 第 8 页 共 44 页 2 鼠标设计方案 鼠标设计要素分析 随着计算机在全世界的普及，鼠标也走进了千家万户。然而，对于那些工作离不开计算机的人来说，就会出现新的苦恼，如果使用构造不合理的鼠标，会使操作者的手产生痛觉，长时间使用手就 会出现老茧甚至变形，也就是我们熟知的“鼠标手”。鼠标手还会带来一些负面效应，比如影响操作者的工作情绪和工作效率。另外一个不容忽视的问题，就是对于当代社会学龄儿童和青少年来说，电脑作为时下最时髦的娱乐工具，即使排除辐射和网络不健康的内容之外，但是鼠标作为操作电脑时必不可少的一项设备，它是人机交互的重要工具。随着科学技术的进步，鼠标的品质也有了质的飞跃，但它仍存在着很多问题，而这些问题会影响少年儿童的健康成长。尤其是一些青少年玩的网络游戏，需要快速的移动和精确的定位不像学龄前儿童那样只是玩一些简单的游戏，如果长 时间使用造型不合理的鼠标，会影响他们骨骼的健康成长。 鼠标设计结构中的问题 如果经常使用设计有缺陷的鼠标就会造成操作者的累积劳损，长期使用计算机的人们对鼠标存在的问题肯定深有同感。因为当手腕处于掌屈、弯曲、背屈等别扭的状态时，就会产生肌肉酸痛、握力减少等现象。因此鼠标的外形设计应该考虑鼠标的外形是否有利于把握，鼠标的表面是否具有防滑和防汗设计，鼠标的滚轮以及鼠标的左右两个按键是否满足使用者的使用要求 16。 自 1968 年诞生第一个鼠标以后，鼠标的设计形状千姿百态。鼠标设计者从人体工程学、形态 美学、技术创新等各方面改善鼠标的外形，设计出符合不同人群使用的鼠标。通过用户长期使用鼠标发现的问题可以总结得出： (1)长时间使用鼠标容易形成鼠标茧； (2)食指、中指频繁进行重复性劳动，其他手指一直处于僵直状态，握力减弱； (3)使用时小指悬空； (4)手感干涩。 鼠标结构分析 为了减少“鼠标手”的出现，也为了呵护少年儿童的健康成长，如何设计出外形美观功能齐全而又符合人体工艺学的鼠标，成为鼠标设计者需要解决的问题。因此，鼠标的大小、长短、外形、重量以及材料等 ,除了要满足操作性能以外，还应符合人手形 的结构以及触觉特征 17。设计外形合理的鼠标，主要需要考虑以下几个方面： （ 1）鼠标的设计应该要与手的生理结构相适应。对于手掌而言，手掌掌心的肌肉是 本科毕业设计说明书（论文） 第 9 页 共 44 页 最少的，手指部分和指骨间肌是神经末梢的区域。而大鱼际肌、小鱼际肌、指球肌是肌肉丰满的部位 ,这些肌肉密集的部位，是手掌上的天然减震器 ,如图 示。设计鼠标时，应考虑鼠标上盖不能掌心贴合，使操作者的手与鼠标上盖留有足够的握持空间，鼠标的手握方向应避免集中在掌心和指骨间肌，应使握力的方向集中在大鱼际肌、小鱼际肌之间，利用肌肉的减震作用减少手掌掌心带来的压力。这样 可以减轻长时间操作鼠标带来的疲劳和操作不准确。 图 手的生理结构图 （ 2）鼠标的尺寸应符合人手尺寸的要求。目前我国市场上大多鼠标的设计思路都参考了欧美人设计理念。其实这样的设计思路并不适合国人的实际情况，总所周知，欧美人的手形普遍要大于中国人的手形，他们设计出来的鼠标外形往往偏大，这样的鼠标外形就不满足国人的使用需求了，过大的鼠标往往会降低使用者对这款鼠标的操作感觉。鼠标的设计除了要考虑握力的方向以外，还要考虑手握粗度、手幅长度、握持状态和触觉的舒适性。例如，儿童鼠标的设计就应充分考虑手形大小， 过大的鼠标往往会影响鼠标他们骨骼的健康发育。 鼠标的人机分析 从人体工程学的角度来考虑，对人的手形进行分析。当操作者的手掌与桌面的角度大于 30时，腕关节被抬高 ,腕部处于非自然状态 ,腕关节部位及手的前臂部位的伸肌群处于强直的受力状态 ;受其影响 ,上臂的三头肌及三角肌也都会同时受到力牵拉的作用 ,人的肩关节也会一直处于强直状态，如图 示。如果使用者长期保持这种姿势不变，容易引起疲劳，造成肌肉酸痛，因此，为了避免这种现象发生，要将鼠标的弧度与手握鼠标的角度保持在 30以内，这是人体手持鼠标最舒服 的一个状态。所以设计鼠标时要考虑鼠 本科毕业设计说明书（论文） 第 10 页 共 44 页 标的弓背高度。 图 腕关节受力状态 鼠标的材料及工艺分析 对于光电鼠标的设计除了满足它的力学性能以外，还要充分考虑鼠标材质的选择。如果选取的材料质量过轻，使用时就会产生漂浮的状态；如果选取的材料质量过重，在使用过程中就不能快速准确的定位，因此鼠标质量的大小也会影响操作者使用手感以及鼠标的性能要求。另外如果选取的材质为金属时，要考虑到鼠标的防锈设计，这样鼠标的制造成本就会大大的提升，并且使用手感没有其他材料来的舒适；如果选取的材质为塑料时，又要考虑塑 料的耐磨性和耐高温程度，如果塑料在使用过程中发热变形，以及在移动过程中发生磨损，这样就大大降低了鼠标的使用寿命，同时也会影响鼠标的性价比。 从 1968 年美国科学 家 格拉斯 恩格巴特 发明的第一台鼠标以来，鼠标的材料也经历着千变万化。第一台鼠标的外壳是用木头雕刻而成，那时的塑料工艺平远没有现在来得成熟，使用木头制造鼠标的周期也变得较为长久一些。由于木制材料受其制造工艺的限制往往价格昂贵，因此目前市场上的鼠标材料主要以 质的 塑料为主。目前，市场上一种名为七号塑料聚碳酸酯（ 脂的材料如图 示，因其具 有优异的抗冲击性，耐高温和耐寒性，乃蠕变性和尺寸稳定性等优点，受到了广大鼠标设计者的认可。鼠标外壳通常有抛光和亚光（磨砂）两种设计方案，相比传统的抛光设计思路，磨砂的鼠标更具有耐磨性。另外，一种新的设计技术也将广泛的应用于鼠标设计中，它是将记忆材料植入到鼠标的外壳设计中，这样既满足了尺度差异又给使用者全新的感觉。 图 用聚碳酸酯（ 脂材料制成的鼠标 本科毕业设计说明书（论文） 第 11 页 共 44 页 由于一种产品可以由多种材料制成，同时一种材料也可以制造出不同的产品，因此材料的选择具有多样性。并且材料的发展空间还十分巨大，未来的鼠标必将用更 好的材料来代替目前的工程塑料。当材料的性能达到理想状态时，我们的设计理念都将改写，因此，材料在产品设计中起着至关重要的作用。 一款设计精美的产品，除了精致的外形优良的材料以外，还需要绚丽的色彩。华丽的色彩往往会给消费者眼前一亮的感觉，因此设计产品时，还需要考虑产品的色彩要素。 为了满足不同年龄，不同层次消费者的心理需求，同时也为了自己的产品能够有先声夺人的艺术魅力，颜色的搭配以及颜色的选取要尽量满足每个消费者的心理需求。 确定鼠标的最优设计方案 由于鼠标的种类繁多，要设计一款鼠标，首先要确定鼠标的类 型。 （ 1）按鼠标的接口类型分析。目前鼠标市场上最常见的接口有 接口和 口两种。另外还一种串行接口，由于串行接口传输效率比较低，渐渐的被市场淘汰，现在计算机的接口设计基本没有串行接口模式。 接口传输数据的效率比串行接口来得高，但还不能满足一些高端鼠标的传输要求。近年来，笔记本电脑越来越受年轻人的追捧，由于笔记本电脑没有设计 接口，如果使用 接口的鼠标，需要购买转换器。因此，口的鼠标成为时下就受欢迎的鼠标。 （ 2）按鼠标有无鼠标线分析。鼠标主要可以分为有线鼠标和无线鼠标两 种。一般家庭电脑都是使用有线鼠标，因其具有价格便宜，品种繁多，传输效率高受到广大消费者的喜爱。另外一种无线鼠标在笔记本电脑上使用较多，笔记本的便捷性和无线化是普通台式机有无可比拟的，而无线鼠标正好迎合了笔记本无线化这一优点。因此无线鼠标虽然价格比有线鼠标昂贵一点，但仍然受到白领以及出差族的青睐。 （ 3）按按键数量分析。两键鼠标的机构设计较为简单，维修也比较方便，但由于功能比较单一，已经很难满足现在消费者的使用要求，因此市场上很难找到两键鼠标。所谓的三键鼠标，就是在鼠标的两个按键中间多一个滚轮，滚轮的存在，使 得鼠标在使用功能上大大的完善，可以方便用户快速浏览网页和文本，另外一些软件需要滚轮才能完成命令，所以现在的鼠标设计主要以两键加滚轮为主。 （ 4）按鼠标的工作原理分析。鼠标主要可以分为机械式鼠标和光电鼠标。机械式鼠标结构简单，价格便宜，但是鼠标的定位系统没有光电鼠标来得准确，另外，长时间使用以后，鼠标底盖下方容易进灰尘；光电鼠标是利用光电感应原理进行工作，鼠标的底盖用一块电路板代替滚球，在使用过程中，光电鼠标能快速准确的完成定位，并且鼠标的底盖 本科毕业设计说明书（论文） 第 12 页 共 44 页 部分基本不会出现灰尘。随着鼠标设计理念的提升，未来的鼠标市场，光电 鼠标必将代替机械式鼠标。 根据前面的各项分析，对鼠标进行三个方案的设计，通过比较三个方案的优缺点，得出最优的设计方案。 鼠标设计方案一 方案一 (如图 示 )，该方案为一款普通的机械式鼠标。机械鼠标也叫光机鼠标，其主要结构有： 上盖 、 下盖 、 按键盖板和滚球等零件组成。当鼠标移动时，机械式鼠标利用鼠标底部的滚球滚动，带动滚球旁边的三个滚轴一起转动，其中两根滚轴分别代表 轴方向，用来测量 X 轴 Y 轴的位移量，另一个是空轴，主要是用来支撑滚球。工作时，将 X、 Y 的位移量通过计算机程序在电脑桌面上 表示出来，从而完成鼠标的定位功能。 图 普通机械式鼠标 这款鼠标的结构简单，造价便宜，便于维修。这款鼠标具有很高的性价比，使它在鼠标市场上赢得了一席之地。但是它的定位精确度没有光电鼠标准确，在一些需要高精度定位的软件中，这款鼠标的使用性能就不能满足要求了，另外机械式鼠标还有一个硬伤，当你移动鼠标时，光栅信号传感器产生的光电脉冲信号反映出鼠标器在垂直和水平方向，但是可能阳光干扰了传感器，由于光机鼠标是通过光电编码器来移动的，这就造成光机鼠标怕光的软肋，如果外界的光线太强烈，就会干扰编码器的识别，鼠 标就会出现定位不灵甚至出现鼠标不动。 普通机械式鼠标的适合人群以儿童和中老年人为主。 鼠标设计方案二 方案二 (如图 示，该方案为一款有线光电鼠标。有线的光电鼠标的结构主要包括上盖、上盖按键、底盖、滚轮、鼠标线和光电传感器等零件组成。与普通的机械式鼠标 本科毕业设计说明书（论文） 第 13 页 共 44 页 不同是光电鼠标主要利用光电传感原理进行工作。当鼠标在桌面上移动时，鼠标底盖的发光二极管产生光电鼠标工作所需要的光源，其中有一部分光源就会发光反射到鼠标底部的接触面，另一部分则反射到光电传感器里面的一个小孔中，鼠标的移动轨迹，就会记录起来连成连 续的图像，经过鼠标内部一块专用的 像分析芯片，分析芯片就会变图像进行分析处理，判断鼠标的移动距离和移动方向，再通过一系列的分析处理，得出准确的定位目标，从而完成鼠标的定位。 图 有线光电鼠标 这款鼠标的功能齐全，鼠标的左右按键可以帮助用户完成信息数据的选取和确定，另外鼠标中间手轮按键的设计可以代替计算机键盘的方向键，可以完成翻页和快速跳转的工作。与普通的机械式鼠标相比，光电鼠标在使用功能上有无可比拟的优越性，不仅能够快速准确的完成鼠标的定位，同时也避免了普通机械式鼠标在使用过程中出现灰尘的 现象，提高了鼠标的使用寿命。光电鼠标同样也存在一点瑕疵，光电鼠标的工作原理决定了它需要在鼠标垫的条件下才能更好的完成工作，虽然在没有鼠标垫的情况下也能工作，但是，在失去鼠标垫的时候，光电鼠标的定位会出现不准确甚至定位错误的现象。另外，光电鼠标的价格比普通的机械式鼠标要贵，不过随着鼠标市场的日渐成熟，以及科学技术的进步，近年来，光电鼠标的价格也足以同机械式鼠标的价格媲美，随着光电鼠标价格的下降，未来的鼠标市场必将由光电鼠标主宰。 有线光电鼠标的使用人群主要以办公人员及台式机用户为主，同时有线的光电鼠标也是目前 使用人数最多的鼠标之一。 本科毕业设计说明书（论文） 第 14 页 共 44 页 鼠标设计方案三 方案三 (如图 示 )，该方案为一款无线光电鼠标。与普通的有线光电鼠标相比，无线光电鼠标除了上盖、上盖按键、底盖、滚轮、鼠标线和光电传感器等零件以外，还有一个 头，将这个插头插在计算机的 口处，鼠标就能在没有鼠标线的条件下完成工作。无线光电鼠标的工作原理与有限光电鼠标的工作原理基本相同，就是用无线发射器把鼠标在 X 轴和 Y 轴的位移转换成无线信号并发送出去。无线鼠标的最大特点就是能够进行 360 度全方位的无线控制。 图 无线光电鼠标 便捷是无线鼠标的最大优点之一，在使用鼠标时，可以完全摆脱鼠标线的束缚，给用户带来全新的感受。此外无线鼠标比有线鼠标有了更远的使用距离，一款普通的无线鼠标使用距离就能达到 10 米左右，同时无线鼠标能够保持桌面的工整，没有了鼠标线的干扰使整个电脑桌的表面变得更加简洁美化。因此，无线鼠标受到越来越多人的追捧。无线鼠标同样存在缺点，与有线的光电鼠标相比，无线鼠标在定位上没有有线鼠标准确，但是瑕不掩瑜，随着无线科技水平的不断提高，红外线、蓝牙以及 术的成熟，定位不准确的技术缺陷终将会得到完美解决。 无线光电鼠标 的 有线光电鼠标的使用人群主要学生以及笔记本用户为主。 确定鼠标设计方案 通过三个鼠标设计方案的分析，在经过各方面的数据比较以后，选取方案三为鼠标的最终设计方案。其理由如下： （ 1）产品的设计主要以改革和创新为主，有线鼠标诞生至今已有 40 个年头，有线鼠标的种类已呈千奇百怪，无所不有的趋势，在设计上很难得到创新，而无线鼠标才诞生十几年，目前，正处于开发研究阶段，因此更需要创新的作品来带动无线市场的节奏。 （ 2）无线鼠标更适合当前 场的主流。由于目前计算机的设计更趋向于迷你化和 本科毕业设计说明书（论文） 第 15 页 共 44 页 袖珍化，这样的设计 不仅节省材料，还便于用户携带，无线鼠标脱离了鼠标线的困扰，使鼠标在外形上更加小巧与精致。 （ 3）人体工程学引发的设计灵感。不管设计什 么产品，主要考虑的因素还是客户使用要求，如何设计出客户满意的产品，才是创新的根本。在设计无线鼠标时，加入人体工程学的设计理念，充分考虑用户手握鼠标的角度、力度以及鼠标按键的使用手感。 本章小结 本章简述了鼠标在设计结构中遇到的问题，对鼠标的结构、人机以及材料进行工艺分析。从人体工程学以及结构特点角度比较鼠标的三个设计方案，确定鼠标的最优设计方案。 本科毕业设计说明书（论文） 第 16 页 共 44 页 3 鼠标的三维造型和装配 鼠标的三维造型包括鼠标雏形建模、鼠标上盖按键建模、鼠标上盖建模、鼠标底盖建模、鼠标手轮建模以及手轮轴的建模。鼠标雏形建模，在绘制草图的时候，要注意 “样条曲线”上每个点的选择，如果选取的点纵坐标值过大，鼠标的弓背高度就会变得很高；如果选取的点纵坐标值过小，鼠标的弓背高度就会变得很低，过高和过低的弓背高度都会影响鼠标的操作手感。根据人体工程学的研究表明，鼠标的弓背高度应该在 30度左右，因此，在绘制样条曲线的时候每个点的坐标要选取合适的值，使鼠标有一个合理的长度 和高度。如图 示。样条曲线 1 为鼠标雏形的中心面，由于鼠标的曲面造型呈中间高两边低的特点，所以鼠标的中间面的样条曲面弓背高度是最高的，鼠标前端面的高度设定为 15条曲线 2为距离鼠标中心 20条曲线 3 为距离鼠标中心 25截面，这两个截面在弓背高度的设计上要低于鼠标中心面的弓背高度，且样条曲线 3 的弓背高度要低于样条曲线 2 的弓背高度。选择 10为鼠标前端面的高度；样条曲线 4 为鼠标雏形的左右两个面，鼠标左右两个面的弓背高度是最低的，因此， 与前 3 条曲线相比，样条曲线 4 是一条近似于直线的曲线。 图 样条曲线 1 图 样条曲线 2 图 样条曲线 3 图 样条曲线 4 绘制完成的草图通过“放样”特征绘制出整个实体。鼠标上盖按键建模时，在绘制“抽壳”特征时，要选取合适的厚度，厚度太大，不仅浪费材料还会增加鼠标的重量；厚度过小，鼠标的强度和刚度就不能达到使用要求，因此鼠标的厚度要选择在 本科毕业设计说明书（论文） 第 17 页 共 44 页 右，这样既节省了材料又提高了鼠 标的刚度和强度，另外鼠标左右两个按键大小以及鼠标手轮孔设计也要考虑用户的使用手感，鼠标的左右按键设计要带有一定的曲面，如果鼠标的按键设计为平面的形式，在使用时，按键所受的力就不能集中到一点，会因为接触不良影响鼠标的灵敏度，